CN2570782Y

CN2570782Y - 智能温湿度自补偿传感变送器

Info

Publication number: CN2570782Y
Application number: CN 02257528
Authority: CN
Inventors: 赵春江; 乔晓军; 魏超; 杨月英; 杨宝祝
Original assignee: Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture
Current assignee: Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2003-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-27

Abstract

智能温湿度自补偿传感变送器，包括有高精度数字式温度传感器、耐高湿湿敏电容、电容/频率变换电路及测量周期生成电路、单片机、EEPROM存储器、RS485网络通讯接口电路、脉宽调制(PWM)/电压转换驱动电路共同组成，可广泛用于农业温室大棚、野外环境监测、各种仓库车间中空气温湿度的测量。

Description

智能温湿度自补偿传感变送器

技术领域

本实用新型是一种可广泛用于农业温室大棚、野外环境监测、各种仓库车间中空气温湿度测量的，同时具有RS485网络输出接口和普通模拟电压输出接口的温湿度传感变送器。

技术背景

现有的温湿度一体化传感器在农业温室大棚或野外环境下使用时存在许多问题：一是长期在高湿环境下工作后其湿度传感器的容易损坏使寿命变短，性能指标会也产生较大的飘移；二是湿度传感器本身受环境温度的影响较大，环境温度的变化会直接造成湿敏元件输出值的变化，从而造成较大测量误差；三是传感器转换电路本身的性能指标也会随着环境温度的变化发生改变并造成测量误差；四是传感器输出值的非线性化较大(特别是湿度传感器在高湿及低湿端的非线性化很大)，造成某一测量范围内的误差较大；五是成本高，输出接口单一，不能很好地适应现代化、数字化测量控制系统对传感器的需求。

发明内容

本实用新型的目的，是克服已有同类传感器的缺点，形成具有自动校准和补偿功能、能在恶劣环境中长期稳定地工作、成本低廉、接口简单、具有较大使用和推广价值的温湿度一体化传感变送器。

智能温湿度自补偿传感变送器是由塑料传感器盒7和底座9组成，将高精度数字式温度传感器1、耐高湿湿敏电容2、电容/频率变换电路及测量周期生成电路3、单片机、EEPROM存储器、RS485网络通讯接口电路4、PWM/电压转换驱动电路5分别固定在印刷电路板8上，6芯电缆插座6固定在传感器盒侧面，印刷电路板8用螺丝固定在底座9上。

智能温湿度自补偿传感变送器的电路原理，是由双时基集成电路7556和单片机共同组成的数据采集电路中，通过软硬件相结合的方法实现对测量结果的多级校准、补偿及线性化功能。具体描述如下：(1)通过对湿敏电容测量的“电容/频率”转换电路中R₁和R₃的选择减少湿敏电容本身受温度变化的影响；(2)通过对“测量周期生成电路”中R₄、R₅、R₆、C₁、W₂的选择和调整以减少因双时基集成电路7556本身以及附属阻容元件受环境温度的影响而造成的测量误差；(3)单片机读入温度及湿度的测量值后根据内置的参数表及算法对测量结果进行线性化校准及补偿；(4)由单片机自动将本传感器处于高湿环境中的总工作时数记录在EEPROM存储器中，并据此对本传感器在一般环境条件和长期高湿环境条件下工作产生的不同飘移量进行不同的补偿。

智能温湿度自补偿传感变送器是由四运放集成电路LM324和电阻R₁、R₂、R₃、电容C₁、C₂组成的将单片机输出的PWM信号直接转换为0-5V标准模拟电压信号的转换电路。

本实用新型的优点是：

1.测量精度高，温度测量精度为±0.5℃，分辨度±0.1℃；

湿度测量精度为±2％RH，分辨度±0.1％RH；

2.稳定性好，可在高温高湿等恶劣环境中长期稳定地工作。

3.即具有2路普通的0-5V模拟电压输出，分别输出温度和湿度的测量值以便与传统的测试设备接口；同时还具备先进的网络通讯接口，可以方便地同微机控制系统接口。信号即可远传也可同时供现场数字显示和远程微机管理。

4.结构简单、性能价格比高，可广泛用于农业温室大棚、野外环境监测、各种仓库车间中空气温湿度的测量，具有较大的推广和使用价值。

附图说明：

图1是本实用新型的实物结构示意图可作摘要附图。

图2是本实用新型的体系结构示意图。

图3是本实用新型的“电容/频率转换”及“测量周期生成”电路示意图。

图4是本实用新型的“PWM/电压转换”电路示意图

具体实施方式

如图1所示，温度传感器选用高精度数字式传感器1，其测量值可直接由单片机读出；湿度传感器选用耐高湿抗结露的湿敏电容2，其电容值随着环境湿度的变化而改变，经“电容/频率转换电路”转换为频率值供单片机4读入；“测量周期生成”电路产生一个固定的测量时间间隔，单片机4在此时间间隔内对湿度测量频率信号进行计数，所得结果经转换后即可作为湿度测量值；单片机是本系统的核心，它读入温度和湿度传感器的测量值，经多种转换运算后得出精确的最终测量结果，然后经2路内置的脉宽调制电路(PWM)以及PWM/电压转换电路5分别以标准的0-5V电压形式输出温度和湿度的测量值，也可通过内置的串行通讯口经RS485网络转换电路4将测量结果送到RS485测量总线上供数字式测试设备读取。本实用新型的体系结构图见附图2。

本实用新型采用了多种校准、补偿及线性化技术以提高测量精度、抗干扰能力以及长期稳定性，下面分别加以介绍：

1.在湿度传感器的“电容/频率转换电路”(图3的左半部分)中，通过对R₁和R₃的电阻种类、精度和数值的选择以抵消掉温度对湿敏电容本身的大部分影响(即减少湿敏电容本身的温度系数)

2.在“测量周期生成”电路(图3的右半部分)中，由于其时基电路与“电容/频率转换电路”的时基电路共同封装在一个集成电路块(7556)中，所以其各种性能指标基本相同，通过对R₄、R₅、R₆、C₁、W₁的选择和调整就可以大大减少因双时基集成电路7556本身以及附属阻容元件受环境温度的影响而造成的测量误差。

3.由于单片机本身可以同时读入温度和湿度的测量值并具备运算和存储功能，所以通过内部运算即可对测量结果进行软件线性化处理，同时还可以根据当时的温度测量值对易受温度影响的湿度测量值进行有效的补偿。

4.湿敏电容本身在非常潮湿的环境中(如农业温室大棚内)和相对干燥的环境中工作很长一段时间后其电容值随时间发生变化的程度是很不一样的，潮湿环境造成的年飘移量远远大于相对干燥的环境。由单片机内的软件自动判断并记录本传感器在两种环境中的工作时间长度并将其存入EEPROM中以防止掉电后的数据丢失，并据此及相应的算法对湿度测量值进行补偿以保证其长期稳定性。

由于单片机本身具有2路10位脉宽调制(PWM)输出，所以采用LM324四运放构成“PWM/电压输出电路”将其转换为模拟电压信号输出。本电路利用运算放大器的高输入阻抗特性并设计成低通滤波器的形式，即可确保输出电压的稳定，还可提高驱动负载的能力，增强其对外围数据采集电路适应能力。

本传感器外特征为一体化盒式封装，直流7.5至35V供电。具有2路0-5V模拟电压信号输出和1路RS485网络信号输出。

Claims

1.智能温湿度自补偿传感变送器，其特征在于由塑料传感器盒7和底座9组成，将高精度数字式温度传感器1、耐高湿湿敏电容2、电容/频率变换电路及测量周期生成电路3、单片机、EEPROM存储器、RS485网络通讯接口电路4、PWM/电压转换驱动电路5分别固定在印刷电路板8上，6芯电缆插座6固定在传感器盒侧面，印刷电路板8用螺丝固定在底座9上。

2.如权利要求1所述的智能温湿度自补偿传感变送器，其特征在于其电路原理，是由双时基集成电路7556和单片机共同组成的数据采集电路中，通过软硬件相结合的方法实现对测量结果的多级校准、补偿及线性化功能；具体描述如下：(1)通过对湿敏电容测量的“电容/频率”转换电路中R₁和R₃的选择减少湿敏电容本身受温度变化的影响；(2)通过对“测量周期生成电路”中R₄、R₅、R₆、C₁、W₂的选择和调整以减少因双时基集成电路7556本身以及附属阻容元件受环境温度的影响而造成的测量误差；(3)单片机读入温度及湿度的测量值后根据内置的参数表及算法对测量结果进行线性化校准及补偿；(4)由单片机自动将本传感器处于高湿环境中的总工作时数记录在EEPROM存储器中，并据此对本传感器在一般环境条件和长期高湿环境条件下工作产生的不同飘移量进行不同的补偿。

3.如权利要求1所述的智能温湿度自补偿传感变送器，其特征在于由四运放集成电路LM324和电阻R₁、R₂、R₃、电容C₁、C₂组成的将单片机输出的PWM信号直接转换为0-5V标准模拟电压信号的转换电路。